Защита данных с помощью расширенного стандарта шифрования

Шифрование нашло свое место в современном цифровом мире благодаря развитию культуры безопасности и конфиденциальности. Когда в 2001 году алгоритм шифрования AES пришел на смену стандарту шифрования данных в качестве глобального стандарта для алгоритмов шифрования, он устранил многие недостатки своего предшественника. Это рассматривалось как будущее шифрования в повседневных приложениях. На данный момент стандарт расширенного шифрования достиг целей, поставленных при его создании. И ему предстоит долгий путь роста.

Станьте сертифицированным этическим хакером! CEH v12 — сертифицированный курс этического хакерства. Изучите программу.

Почему был необходим алгоритм шифрования AES?

Когда был сформирован и стандартизирован алгоритм стандарта шифрования данных, также известный как алгоритм DES, он имел смысл для того поколения компьютеров. Согласно сегодняшним вычислительным стандартам, взлом алгоритма DES с каждым годом становился все проще и быстрее, как видно на изображении ниже.

На данный момент требовался более надежный алгоритм с более длинными ключами и более надежными шифрами для взлома. Чтобы решить эту проблему, они создали тройной DES, но он так и не стал массовым из-за относительно медленного темпа. Таким образом, появился расширенный стандарт шифрования, призванный преодолеть этот недостаток.

Что такое расширенный стандарт шифрования?

Алгоритм шифрования AES (также известный как алгоритм Рейндала) представляет собой симметричный алгоритм блочного шифрования с размером блока/фрагмента 128 бит. Он преобразует эти отдельные блоки, используя ключи длиной 128, 192 и 256 бит. Зашифровав эти блоки, он объединяет их вместе, образуя зашифрованный текст.

Он основан на сети замены-перестановки, также известной как сеть SP. Он состоит из серии связанных операций, включая замену входных данных конкретными выходными данными (подстановки) и другие операции, связанные с перетасовкой битов (перестановками).

В этом руководстве вы познакомитесь с некоторыми выдающимися функциями, которые AES предлагает в качестве глобально стандартизированного алгоритма шифрования.

Каковы особенности AES?

1. Сеть SP: она работает на сетевой структуре SP, а не на структуре шифрования Фейстеля, как это видно в случае алгоритма DES.
2. Расширение ключа: на первом этапе требуется один ключ, который позже расширяется до нескольких ключей, используемых в отдельных раундах.
3. Байтовые данные. Алгоритм шифрования AES выполняет операции с байтовыми данными, а не с битовыми данными. Таким образом, во время процедуры шифрования размер 128-битного блока рассматривается как 16 байт.
4. Длина ключа: количество выполняемых раундов зависит от длины ключа, используемого для шифрования данных. Размер ключа длиной 128 бит имеет десять раундов, размер ключа 192 бита — 12 раундов, а размер ключа 256 бит — 14 раундов.

Станьте сертифицированным этическим хакером! CEH v12 — сертифицированный курс этического хакерства. Изучите программу.

Как работает AES?

Чтобы понять, как работает AES, сначала необходимо узнать, как он передает информацию между несколькими этапами. Поскольку размер одного блока составляет 16 байт, матрица 4×4 хранит данные в одном блоке, причем каждая ячейка содержит один байт информации.

Матрица, показанная на изображении выше, известна как массив состояний. Аналогично, первоначально используемый ключ расширяется до (n+1) ключей, где n — это количество раундов, которые необходимо выполнить в процессе шифрования. Итак, для 128-битного ключа количество раундов равно 16, без. Количество сгенерированных ключей равно 10+1, что в общей сложности составляет 11 ключей.

Шаги, которые необходимо выполнить в AES

Указанные шаги необходимо выполнить последовательно для каждого блока. После успешного шифрования отдельных блоков он объединяет их вместе, образуя окончательный зашифрованный текст. Шаги следующие:

• Добавить круглый ключ: вы передаете данные блока, хранящиеся в массиве состояний, через функцию XOR с первым сгенерированным ключом (K0). Он передает результирующий массив состояний в качестве входных данных на следующий шаг.

• Суббайты: на этом этапе каждый байт массива состояний преобразуется в шестнадцатеричный, разделенный на две равные части. Эти части представляют собой строки и столбцы, сопоставленные с полем подстановки (S-Box) для создания новых значений для конечного массива состояний.

Откройте для себя путь к серьезному перерыву в карьере в 2024 годуБесплатный вебинар | 7 декабря, четверг | 19:00 ISTЗарегистрируйтесь сейчас!

• Сдвиг строк: меняет местами элементы строк друг с другом. Он пропускает первую строку. Он сдвигает элементы во второй строке на одну позицию влево. Он также сдвигает элементы третьей строки на две позиции подряд влево, а последнюю строку — на три позиции влево.

• Смешать столбцы: он умножает постоянную матрицу на каждый столбец массива состояний, чтобы получить новый столбец для последующего массива состояний. Как только все столбцы будут умножены на одну и ту же постоянную матрицу, вы получите массив состояний для следующего шага. Этот конкретный шаг не следует делать в последнем раунде.

• Добавить ключ раунда. Соответствующий ключ для раунда подвергается операции XOR с массивом состояний, полученным на предыдущем шаге. Если это последний раунд, результирующий массив состояний становится зашифрованным текстом для конкретного блока; в противном случае он передается как вход нового массива состояний для следующего раунда.

Теперь, когда вы понимаете основные шаги, необходимые для выполнения процедуры шифрования, разберитесь в этом примере.

Как вы можете видеть на изображении выше, открытый текст и шифрование преобразуют ключи в шестнадцатеричный формат перед началом операций. Соответственно, вы можете сгенерировать ключи на следующие десять раундов, как видите ниже.

Вам необходимо выполнить те же шаги, которые описаны выше, последовательно извлекая массив состояний и передавая его в качестве входных данных для следующего раунда. Шаги следующие:

Станьте сертифицированным этическим хакером! CEH v12 — сертифицированный курс этического хакерства. Изучите программу.

• Суббайты: элементы проходят через S-Box 16×16, чтобы получить совершенно новый массив состояний.

Этот массив состояний теперь является окончательным зашифрованным текстом для этого конкретного раунда. Это становится входом для следующего раунда. В зависимости от длины ключа вы повторяете вышеуказанные шаги, пока не завершите 10-й раунд, после чего получите окончательный зашифрованный текст.

Теперь, когда вы понимаете, как работает AES, рассмотрим некоторые применения этого алгоритма шифрования.

Станьте сертифицированным этическим хакером! CEH v12 — сертифицированный курс этического хакерства. Изучите программу.

Каковы применения AES?

Алгоритм шифрования AES применяется следующим образом:

1. Безопасность беспроводной сети. Беспроводные сети защищены с помощью расширенного стандарта шифрования для аутентификации маршрутизаторов и клиентов. Сети Wi-Fi имеют встроенное программное обеспечение и полноценные системы безопасности, основанные на этом алгоритме, и теперь используются в повседневной жизни.
2. Зашифрованный просмотр: AES играет огромную роль в обеспечении аутентификации сервера веб-сайта как со стороны клиента, так и со стороны сервера. Благодаря использованию как симметричного, так и асимметричного шифрования этот алгоритм помогает в протоколах шифрования SSL/TLS всегда обеспечивать максимальную безопасность и конфиденциальность.
3. Общее шифрование файлов. Помимо корпоративных нужд, AES также используется для передачи файлов между сотрудниками в зашифрованном формате. Зашифрованная информация может распространяться на сообщения чата, семейные фотографии, юридические документы и т. д.
4. Безопасность процессора. Многие производители процессоров включают шифрование на аппаратном уровне, используя шифрование, подобное шифрованию AES, для повышения безопасности и предотвращения сбоев, а также других малозаметных рисков.

Теперь, когда вы узнали о применении шифрования AES, взгляните на его усовершенствования по сравнению с его предшественником — алгоритмом шифрования DES.

Различия между AES и DES

Часто задаваемые вопросы

1. Безопасно ли шифрование AES?

Шифрование AES безопасно; однако его безопасность варьируется в зависимости от его вариантов. Например, методами перебора 256-битный ключ практически непробиваем, а 52-битный ключ DES можно взломать менее чем за сутки.

2. Является ли AES лучшим методом шифрования?

Из-за вариантов длины ключа шифрование AES остается лучшим выбором для защиты связи. Время, необходимое для взлома алгоритма шифрования, напрямую связано с длиной используемого ключа, т. е. 128-бит, 192-бит и 256-бит.

3. Для чего используется шифрование AES?

AES реализован в аппаратном и программном обеспечении по всему миру для шифрования конфиденциальных данных. Это симметричный блочный шифр, необходимый для государственной компьютерной безопасности, защиты электронных данных и кибербезопасности.

4. Что лучше: RSA или AES?

RSA значительно медленнее и требует больше вычислительных ресурсов, чем AES. RSA приходится иметь дело с большими числами и вычислениями, что замедляет работу. AES считается защищенным от анализа с помощью квантовых компьютеров и обычно используется различными организациями.

5. Можно ли использовать AES бесплатно?

AES доступен бесплатно, и каждый может его использовать. Хотя некоторые страны применяют ограничения на экспорт, это открытый стандарт, который можно свободно использовать для любого частного, общественного, некоммерческого или коммерческого использования.

6. Что такое AES?

Advanced Encryption Standard — это симметричный блочный шифр, выбранный правительством США. Он преобразует отдельные блоки с использованием разных ключей. Это один из лучших доступных протоколов шифрования, позволяющий любому наслаждаться повседневной деятельностью в Интернете без каких-либо помех.

Чем Simplilearn может вам помочь?

Благодаря этому вы увидели влияние шифрования AES на глобальную арену: многим системам необходим безопасный канал аутентификации после краха DES. Учитывая множество основ кибербезопасности, криптография является одним из наиболее важных аспектов, хотя для достижения успеха в качестве эксперта по кибербезопасности необходимы несколько других тем.

Simplilearn предлагает курс «Эксперт по кибербезопасности», призванный дать вам все навыки, необходимые для начала или продвижения вашей карьеры в области кибербезопасности. Он не требует каких-либо академических предварительных требований, а вводный модуль подготовит новичков к предстоящему курсу. Обучение для получения востребованных сертификатов, таких как CompTIA Security+, CEH, CISM и CISSP, находится в центре внимания этого курса, готовя вас к лучшим вакансиям, предлагаемым в отрасли.

Измените свою карьеру в области кибербезопасности и станьте готовым к работе в отрасли профессионалом, зарегистрировавшись в нашей продвинутой программе для руководителей в области кибербезопасности сегодня.

Заключение

В этом руководстве рассматривается необходимость шифрования AES, его происхождение и процесс шифрования, вплоть до его применения, а также прямое сравнение с алгоритмом DES. Надеюсь, этот урок был для вас ценным.

Если вы хотите узнать больше о шифровании, криптографии и других фундаментальных концепциях и навыках в области кибербезопасности, программа Advanced Executive Program In Cyber ​​Security от Simplilearn отлично подойдет вам. Эта программа охватывает все фундаментальные и расширенные аспекты кибербезопасности и предоставляет вам необходимую подготовку к работе, необходимую для того, чтобы сегодня стать экспертом по кибербезопасности мирового класса. Изучите программу сегодня.

Есть ли у вас какие-либо вопросы по поводу этого руководства по шифрованию AES? Пожалуйста, не стесняйтесь упоминать их в разделе комментариев к этому руководству, и мы будем рады, если наши эксперты ответят вам на них.